История возникновения и основоположники развития экологических наук

В России страстным  поборником и популяризатором эволюционной теории Ч.Дарвина и последователем Э.Геккеля был К.А. Тимирязев. В 1939 г. в работе «Чарльз Дарвин и его учение» он писал: «С установлением понятия приспособления явилась новая область науки, получившая придуманное Геккелем название экология» [1].

В своем труде  «Всеобщая морфология» (1866) Э. Геккель дал такое определение этой отрасли науки: «Экология - это познание экономики природы, одновременное исследование взаимоотношений всего живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно неантагонистические и антагонистические взаимоотношения животных и растений, контактирующих друг с другом. Одним словом, экология - наука, изучающая все сложные взаимосвязи и взаимоотношения в природе, рассматриваемые Дарвином как условия борьбы за существование» [5]. Преимущественно экология изучает живые системы с уровнем организации от организма и выше. Труд Геккеля построен на громадном фактическом материале, накопленном классической биологией, и главным образом посвящен тому направлению, которое сейчас называют аутэкологией или экологией отдельных видов. Кроме того, в трудах Геккеля прослеживается еще одно важное обстоятельство -- понимание экологии как «экономики природы». С этого времени экология из раздела биологии превращается в междисциплинарную науку, охватывающую многие области знаний.

Важным шагом  на пути становления экологии следует  считать введение в 1877г. немецким гидробиологом К. Мебиусом понятия биоценоза. Биоценоз (гр. bios - жизнь, koinos - сообщество) - закономерное сочетание разных организмов, обитающих в определенном биотопе. Биотоп (гр. bios - жизнь, topos - место) - совокупность условий среды, в которых обитает биоценоз (Ф. Даль, 1903).

Значительный  вклад внесли в развитие экологии русские ученые А.Н. Бекетов (1825 - 1902), Н.А. Северцев(1827 - 1885) и др.

В самом конце  ХIХ века с призывом развернуть междисциплинарные  комплексные исследования природных  систем выступил выдающийся русский  ученый-почвовед В.В. Докучаев (1846 - 1903). Именно закономерная связь между «силами», «телами» и «явлениями», между «мертвой» и «живой» природой, растительными, животными и минеральными царствами, с одной стороны, и человеком, его бытом и духовным миром - с другой, и составляет сущность познания «естества», - считал он. Практическое осуществление этих идей связано с именем Г.Ф. Морозова (1867 - 1920) - создателя учения о лесе. Он подчеркивал, что лес и его территория должны сливаться для нас в единое целое, в географический индивидуум. В 1925 г. эти идеи реализовались немецким гидробиологом А. Тинеманом, который рассматривал озера как целостную систему, где биоценоз и биотоп образуют органическое единство.

Во второй половине ХIХ -- начале ХХ вв. большое внимание уделяли изучению влияния отдельных  факторов (главным образом, климатических) на распространение и динамику организмов. К догеккелевскому периоду развития экологии относят, в частности, работы ученого-агронома Ю. Либиха, который сформулировал известное правило «лимитирующего фактора».

В начале ХIХ  века оформились экологические школы ботаников, зоологов, гидробиологов, в каждой из которых развивались определенные стороны экологической науки: экология животных, экология растений, экология микроорганизмов, экология насекомых, экология озера, экология леса и т. п.

Основное внимание стало уделяться анализу плотности, рождаемости, смертности, возрастной структуре, взаимодействию групп организмов и их взаимосвязям с окружающей средой.

Этот период, по сравнению с предыдущим, был  более прогрессивным. Благодаря  ему в экологии зародилось научное направление - популяционная экология, приоритетной проблемой которой являются биотические взаимодействия в биоценозе. Недостаток этого направления в том, что даже при изучении сообщества суть явлений сводится к функционированию отдельных популяций, т.е. к разложению биоценоза на составляющие элементы.

Представления о целостности природных систем, объединяющих сообщества живых организмов и условия их обитания в единую функциональную структуру, сформулированные а трудах одиночек, не стали господствующими взглядами в научных кругах конца ХIX века. Системный подход к изучению биоценоза и биотопа как единого целого возник в экологии позже.

Глава 3. Современная экология

Современная экология базируется на основной концепции содержания этой науки - системной концепции, которая зародилась в конце ХIX столетия и сформировалась лишь к середине ХХ столетия.

Четвертый период истории экологии связан с особым интересом мировой ученой общественности к работам русского геохимика В.И. Вернадского (1863--1945). Учение В.И. Вернадского о биосфере сыграло важную роль в подготовке целостного восприятия природных процессов как системы. Изучение общепланетарных процессов развернулось после выхода в свет в 1926 г. книги В.И. Вернадского «Биосфера», где рассмотрены свойства «живого вещества» и его функции в формировании, как современного лика Земли, так и всех сред жизни на планете (водной, почвенной и воздушной). Предшественником и единомышленником В.И. Вернадского был В.В. Докучаев (1846--1903), создавший учение о почве как о естественноисторическом теле. В.И.Вернадский вновь привлек внимание научного мира к проблеме взаимодействия живых организмов с неживой природой. Биосфера предстала как глобальная система, функционирование которой основано на динамическом единстве и взаимодействии «косных», «живых», и «биокосных» компонентов. В созданном им учении о биосфере рассматривались не только основные свойства «живого вещества» и воздействие на него «косной» природы, но и огромное обратное влияние жизни на неживую природу и формирование «биокосных природных тел» (таких, например, как почва или озеро).

В.И. Вернадский обосновал роль живого вещества как  наиболее мощного геохимического и  энергетического факторов -- ведущей  силы планетарного развития. В его  работах ясно прослеживается значение для космоса жизни на планете Земля, а также значение космических связей для биосферы. Впоследствии эта космическая линия в экологии была развита в трудах А.Л. Чижевского, основателя современной науки гелиобиологии. В.И.Вернадский раскрывает ведущую роль живых организмов в аккумуляции солнечной энергии и преобразовании веществ, слагающих оболочки Земли: «По существу биосфера может быть рассматриваема, как область земной коры, занятая трансформаторами, переводящими космические излучения в действенную земную энергию», - писал он [1]. «Живое вещество» производит огромную «геохимическую» работу, формируя состав и структуру поверхности Земли. Глины, известняки, доломиты, железняки, бокситы - это все породы органического происхождения.

В.И. Вернадский проследил эволюцию биосферы и пришел к выводу, что деятельность современного человека, преобразующего поверхность Земли, по своим масштабам стала соизмерима с геологическими процессами на планете. В результате стало ясно, что использование природных ресурсов планеты происходит без учета закономерностей и механизмов функционирования биосферы. Тем не менее завершающим этапом эволюции биосферы он считал появление ноосферы -- сферы разума. В.И. Вернадский отмечал, что жизнь в геологически обозримый период всегда существовала в форме биоценозов -- сложно организованных комплексов разных организмов. При этом живые организмы всегда были тесно связаны со средой обитания, образуя целостные динамические системы. В ходе развития жизни неоднократно происходила смена одних групп организмов другими, но всегда поддерживалось более или менее постоянное соотношение форм, выполняющих те или иные геохимические функции.

В 1927 г. Ч. Элтон выпустил первый учебник-монографию по экологии. В нем было описано своеобразие биоценотических процессов, дано понятие экологической ниши, обосновано «правило экологических пирамид», сформулированы принципы популяционной экологии. Вскоре были предложены математические модели роста численности популяций и их взаимодействия (В. Вольтерра, А. Лотка), проведены лабораторные опыты по проверке этих моделей (Г.Ф. Гаузе). Таким образом, в 20--30-е годы сформировалось направление экологии популяций, в 30-е годы -- понятие экосистемы. С особой убедительностью эти выводы были сформулированы английским геоботаником А. Тэнсли, которому принадлежит честь введения в 1935г. термина для обозначения экологической системы - экосистема. Под экосистемой понимали совокупность организмов и неживых компонентов среды их обитания, при взаимодействии которых происходит более или менее полный биотический круговорот (с участием продуцентов, консументов и редуцентов). В то же время продолжались широкие количественные исследования функциональных особенностей различных экосистем -- их структуры, продуктивности, условий их устойчивости, трофических связей в экосистемах. А. Тэнсли последовательно развил взгляд на экосистему как на образование надорганизменного уровня, включающее не только организмы, но и всю совокупность физических условий местообитания. Он обратил внимание на невозможность отделения организмов от окружающей их среды, вместе с которой они образуют одну систему - экосистему,- целостную подсистему природы, в которой как организмы, так и неорганические факторы находятся в относительно устойчивом равновесии.

В отечественной научной литературе представления об экосистемах появились в 1942 г. в работах В.Н.Сукачева (1880--1967),который обосновал концепцию биогеоценоза (синоним термина «экосистема»), имевшую большое значение для развития теоретической базы экологии. В 50-е годы сформировалась общая экология, основное внимание в которой уделяется изучению взаимодействия организмов и структуры образуемых ими систем. В этом учении нашли отражение идеи о единстве организмов с физическим окружением, о закономерностях, которые лежат в основе таких связей, об обмене веществами и энергией между ними.

Середина ХХ века была отмечена расширением комплексных исследований экосистем (В.И. Жадин, Г.Г.Винберг, Р. Линдеман, Г. Одум и Ю. Одум, Р. Маргалеф и многие другие). В 1956 г. под редакцией В.И. Жадина издается 4-томный труд «Жизнь пресных вод»; в 1961 г. выходит монография В.И Жадина и С.В.Герда «Реки, озера и водохранилища СССР». В этих работах описываются особенности водных экосистем. В 1964 г. коллективом авторов под руководством В.Н. Сукачева была опубликована книга «Основы лесной биоценологии». В ней сделана попытка путем синтеза информации раскрыть количественные закономерности функционирования и эволюции такой сложной динами ческой системы, как лесной биогеоценоз.

В ХХ в. в рамках экологии сформировалось самостоятельное направление физиологии, посвященное исследованию механизмов адаптации. В нашей стране представителями этого направления, достигнувшего расцвета в 60--70-х годах ХХ столетия, были Н.И. Калабухов, А.Д. Слоним, а в последние годы -- акад. И.А.Шилов.

Однако эффективная реализация методологии системного подхода  к изучению экосистем стала возможной  лишь в начале 70-х годов ХХ столетия, когда в распоряжение экологов поступили  мощные ЭВМ и были разработаны  методы моделирования динамических систем, которые в совокупности с экспериментами и наблюдениями получили название системного анализа.

Успехи в изучении и  моделировании экосистем, особенно реализация проектов в рамках международного сотрудничества, способствовали окончательному утверждению во второй половине ХХ столетия экосистемной концепции как основы современной экологии.

К 70-м годам ХХв. сложились  направления, называемые «физиологической»  и «эволюционной» экологией. В наши дни получили развитие «количественная» экология и математическое моделирование биосферных и экосистемных процессов.

Параллельно с упомянутыми  развивались географическое и геологическое  направления экологии, а именно ландшафтная  экология и динамическая геология - система наук о взаимодействии геосфер  Земли и о воздействии на них антропогенных факторов.

Пятый период истории экологии - это современная экология. В последние два десятилетия изменился взгляд на экологию как на сугубо биологическую науку. Уже с начала века в экологии, помимоантропоцентрического (гр. anthropos - человек) направления, рассматривающего человеческое сообщество как отдельное царство, возвышающееся над царствами минералов, растений и животных, появилосьбиоцентрическое направление. Представители последнего считают человека продуктом эволюции биосферы; люди, как и другие млекопитающие, подчиняются законам природы, и их развитие идет параллельно с развитием остальных организмов. Поэтому сейчас Homo sapiens (Человека разумного) со всей его многообразной деятельностью включают в сферу интересов науки экологии.

Рост общественного интереса к экологическим проблемам оказал глубокое влияние на академическую  экологию. До 1970г. на нее смотрели, главным  образом, как на один из разделов биологии. Хотя и сейчас экология уходит своими корнями в биологию, она вышла за ее рамки, переросла в новую интегрированную дисциплину, связывающую естественные, технические и общественные науки. В некоторых крупных университетах развитых стран введены междисциплинарные квалификационные степени по экологии. Все большее признание приобретают взгляды на экологию как науку не только о природных, но и созданных человеком экосистемах.

Современная экология не только изучает законы функционирования природных  и антропогенных экосистем, но и  ищет оптимальные формы взаимоотношения природы и человеческого сообщества.

Эта точка зрения стала  доминантной в современном обществе, которое осознало опасность экологического кризиса, катастрофических преобразований планетарной системы. Предотвратить  разрушение биосферы можно только на основе экологических знаний, которые помогают рационально эксплуатировать природные ресурсы, управлять естественными, аграрными, техногенными и социальными системами в соответствии с объективными законами природы. «И нет силы на Земле, - писал В.И.Вернадский (1940), - которая могла бы удержать человеческий Разум в его устремлении» [1]. Он верил, что течение событий будущего может быть определено волей и разумом человека, планета вступит в новый этап эволюции - ноосферу (гр. noos - разум,sphaira - область) - эру, управляемую человеческим разумом, гарантирующим прогрессивное развитие на основе экологически грамотного использования и приумножения природных ресурсов. «Все человечество, взятое вместе, представляет ничтожную долю массы планеты. Мощь его связана не с материей, а с его мозгом. В истории биосферы перед человечеством открывается огромное будущее, если оно не будет употреблять свой разум и труд на самоистребление»(цит. по кн.: «В.И. Вернадский». М., 1994).